静校正一体化解决方案

静校正一体化解决方案系统
谭昌勇
恒泰艾普石油天然气技术服务股份有限公司，北京100094
摘要：为解决复杂地区地震勘探中近地表速度异常和地形起伏引起的静校正问题，目前有多种静校正方法，这常常使资料处理人员无所适从，尤其对三维地震勘探的海量数据，从准确和经济角度，针对地震勘探静校正问题LD-SAGA solution静校正一体化解决方案软件系统提供了多种改进的静校正方法，其中四种常用静校正(综合模型法静校正、层析静校正、折射波剩余静校正、综合寻优反射波剩余静校正)方法可以组合使用，快速有效地解决静校正问题。

地震资料处理人员根据近地表实际情况，充分利用可以利用的野外观测数据、生产炮记录的初至信息和反射波信息，将整个工区的复杂近校正问题分块简化处理，选择多种合适的静校正方法，各取所长，相互补充，有机组合，而不是简单粗糙的拼接，一般按先解决长波长、后解决中短波长静校正问题，先粗调后微调的顺序进行。

关键词： 初至拾取；综合模型静校正；层析静校正；折射波剩余静校正；反射波综合寻优剩余静校正
LD-SAGA solution software
Abstract: There are various methods to deal with the static correction problem in complex near-surface conditions and seismic data processors are often puzzled. This paper presents the LD-SAGA solution software which provide multiple representative static correction methods (Model method of comprehensive optimization for the primary field static correction, tomography static correction, refraction static correction, hybrid optimization estimation of residual static corrections for reflection). The processer may combine using of the various modules to estimate long, medium and short wavelength static corrections. The software can be quick and economical to complete seismic processing efficaciously and to improve the processing quality.
Key words:First break time picking, Optimization model static; Tomography static, Refracted waves static, Global optimization reflected static
0引言
静校正的常规步骤为：首先对地震资料进行野外静校正；随后进行折射波静校正；在动
效正之后，再进行反射波剩余静校正。

通过这些处理，可初步解决长、中、短波长静校正问题。

但在沙漠、戈壁、黄土塬、山地等地震勘探复杂地区，静校正和信噪比是影响地震资料处理质量的重要因素，静校正问题严重影响了地震资料叠加成像的质量，因此采用常规处理系统的静校正模块无法达到预期处理效果。

如果静校正问题解决得不好，将会影响叠偏剖面的构造形态，导致错误的解释结果，也降低叠偏剖面的信噪比，影响储层解释和储层研究。

近年来为了解决这些复杂的静校正问题，人们已经研究了多种静校正方法，如模型静校正、射线追踪、多域迭代折射静校正方法、模拟退火静校正、地震层析反演静校正、基于近地表模拟的广义线性反演静校正、波动方程延拓静校正技术等，在一定条件下改善了复杂近地表的静校正效果，这里就不做一一介绍了。

这些方法各有优缺点，在生产中得到了不同程度的使用。

另一方面，由于静校正方法众多，常常使资料处理人员无所适从，只有通过大量的处理试验来确定使用恰当的静校正方法，这当然是一条可行的途径，但费时费力，有时还会延误工期。

因此，根据多年的研究，在前人的基础上，我们对常规处理中的静校正方法进行改进和创新，同时充分结合用当前计算机的先进软件技术，不仅很好地解决处理人员在复杂地区遇到的静校正问题，而且比常规处理经济快速。

特别是针对复杂山地，黄土塬等地区的大值剩余静校正量的求取，LD-SAGA静校正系统提供了有效快速的解决方案。

目前LD-SAGA solution 软件在中国石油、中国石化和中国海洋等总公司其所属的各大油田的一些勘探部门，包括物探公司、计算机中心及中国煤炭地质勘探有关部门等被广泛应用，尤其在北非，南美，西亚和南亚等地区的国外用户对其当地资料的处理，解决了他们很多其它系统无法解决的静校正问题，该软件产品在科研生产中正发挥着重要的作用。

其中全局综合全局快速寻优求解最佳静校正软件技术被两个著名研究单位购买，作为其处理系统的标准处理模块。

该模块是复杂山地资料，三分量勘探资料中的静校正问题解决的最有效方法之一。

1实现的基本思路
针对复杂地区的静校正问题，提供一套静校正综合技术，用户可以充分利用野外调查资料，初至时间和反射波信息，根据其实际资料可用的相关信息，选择相对应的多种静校正方法组合应用，得到正确的静校正量，如图1。

尽管每种方法各有优缺点，但是如果根据野外实际，将复杂的问题分块简化，选择多种静校正方法组合一套联合应用方案，不仅可以使某种方法有效克服某些不能适应的条件，而且可以对其中因简化条件带来的误差，使用另外的方法进行有效的剔除，形成相互补充。

对目前生产实际中一些常用的成熟的静校正方法进行探索与改进，集成一系列的常规地震资料处理系统没有提供的静校正技术，用户根据近地表实际情况，对工区可分块（例如一个中国西部地震勘探大型工区可以分成山区，山前带，平原戈壁和沙漠地区等），每小块资料使用一套组合方案（常用的组合路径如图2），然后在对静校正量有效拼接，从而解决复杂地区的静校正问题，这就是LD-SAGA solution软件系统为处理人员提供的服务功能。

图1 静校正问题研究思路图
图2 静校正组合方案
在生产中以便快速、有效地解决静校正问题，提高处理质量，LD-SAGA solution软件中常用的模块组合方式如下：
（1）综合模型法+反射波剩余静校正。

使用综合模型法静校正模块，对野外微测井、小折射成果进行筛选，剔除不合理的测点，综合近地表地质地貌和其它勘查情况，标定层位，建立一个综合的近地表速度模型，然后采用野外一次静校正方法对资料进行高程和初步的低降速带静校正，目的是求解地表起伏大于一个排列长度的超长波长静校正量和长波长校正量，初步消除了地形起伏的影响，改善了记录初至的扭曲、错断现象。

校正后的记录中只剩下中、短波长静校正量，使用综合寻优反射波剩余静校正方法求取。

该组合方法，不拾取初至，简单快捷，经济，尤其在野外现场处理，效果明显。

主要适用于近地表复杂的火山海岛，海滨，山地，喀斯特地貌地区。

（2）层析+折射剩余+反射剩余静校正。

层析静校正利用初至反演近地表的网格化模型，能有效解决长波长静校正和部分中、短波长静校正问题。

再对层析静校正量使用后的初至进一步利用，在多域中统计求取折射剩余静校正，解决部分中短波长剩余静校正问题。

最后利用反射波剩余静校正求取剩余短波长静校正量。

该组合因需要拾取初至，相对于上面组合需要多的人力成本。

主要适用于山前冲积扇，沙漠，黄土塬等地区。

(3)折射+反射剩余静校正。

折射波静校正，需要拾取初至，通过反演求取近地表模型或
者等效模型，求取基准面静校正量，解决中、长波长静校正问题。

再利用反射波剩余静校正求取剩余短波长静校正量。

该组合因需要拾取初至，主要适用于戈壁，沙漠，等平原地区。

(4)野外一次+反射剩余静校正。

有些地区野外勘探提供的野外一次静校正量基本解决了中、长波长的静校正问题。

剩余的短波长静校正问题可以使用反射波剩余静校正来解决。

例如沙漠地区的沙丘曲线很好地解决了沙漠地区的静校正问题，不需要做层析和折射静校正。

一些平原、海洋勘探提供的野外一次静校正量已经很好解决了中、长波长静校正问题，这些地方可以通过反射波剩余静校正来提高剖面的质量。

因为不拾取初至，简单、快捷而且非常经济。

上述的反射波剩余静校正指本软件系统中提供的全局综合寻优反射波剩余静校正，其能有效解决大值剩余静校正问题，程序支持相邻桩点之间的静校正量可以达上百毫秒，而小值几毫秒的量，属于微调，可以使用常规处理系统提供的反射波剩余静校正模块。

其中的折射波剩余静校正，也是解决大值剩余静校正问题，微调平滑问题建议使用常规处理系统的自带的常规统计平滑处理模块。

2软件主要模块功能特色
LD-SAGA solution软件系统使用Qt跨平台技术，全部代码使用C++编程，支持当前常用的所有操作系统平台。

系统目前提供了40多个功能模块，每个模块具有良好的独立性、兼容性、扩展性、衍生性，不但很好满足用户需求而且可以及时调整每个用户的特殊需求。

对于地震数据体通过建立自己的强大索引与其关联，不需要对数据进行多次排序和重复写盘，不仅节约磁盘资源，而且能快速读取各种需要的道集信息。

系统数据内部和外部交换，通过导入、导出模块完成各类数据不同格式的数据交换，支持常用的标准格式以及其它处理系统内部规定格式以及用户自由定义文本格式的数据。

系统中的大型计算模块层析静校正和综合寻优剩余静校正，融合了OpenMP+MPICH并行技术，有效提高了机器的资源利用效率。

该系统的主要模块功能介绍如下：
2.1主窗口
系统主窗口，提供数据的管理，数据可视化功能，提供常用的工具和在线帮助等。

并通过菜单或者快捷按钮连接其它模块。

如图3，主窗口是系统的基础模块，通过工区管理完成工区建立，地震记录数据、野外观测数据，地震记录初至数据、近地表模型数据，反射波目的层数据，静校正量数据以及其它数据的加载，编辑和修改，导出等管理。

同时主窗口集成了每种数据的可视化，连接每种数据的独立处理和独立分析功能，一些数据的综合显示，综合分析，综合对比，人工交互层位拾取，初至拾取等功能。

其主要特色：
图3 LD-SAGA系统主窗口数据流程设计
（1）数据的正确导入是所有处理的第一步，本系统数据导入具有宽适应性和高智能性，在读入过程中模糊识别异常值并提示或者警告，导入的每种数据建立丰富的索引结构并存储在本系统管理的工区内，从而保障各种数据的快速可视化，在读写过程中提供大量的监控信息，从而保证数据的正确导入或导出；
（2）主窗口左边视窗以树型结构列出当前目标工区处理的所有资料信息（导入，计算结果和计算中间结果），并提供右键菜单管理功能，以激活（选中）和去激活方式让数据在右边视窗中根据不同图形视窗以不同方式可视化；
（3）提供丰富的各类资料数据的各类显示、交互分析和综合处理、综合分析功能，同类数据可视化，既可以在不同视窗中联动对比也可以在同一视窗中卷动对比。

（4）静校正量结果数据可以直接作用在当前视窗中的炮集、接收点道集、共中心点道集和共偏移距道集地震剖面或初至曲线等视图上，不需要形成地震数据体。

2.2初至拾取
该模块设计流程如图4，直接对原始地震叠前记录数据扫描道头建立初至数据，并统计共中心点，共炮点，共接收点和共偏移距建立索引及其观测系统几何信息，记录每道地震记录基本信息。

通过拾取速度来控制初至时窗，通过静校正量来调整初至视窗，并提供对初至数据的自动拾取和自动后置校正。

提供方便快捷的人工智能和半智能交互拾取修改，快捷的各类地震道集剖面上的初至编辑和拾取，并提供对拾取结果的各种自动和半自动的质量监控
以及初至结果数据的导入和导出等。

其主要特色：
图4 LD-SAGA系统初至模块数据流程设计
（1）线性动校正使用多维空变约束，随偏移距、方位角等炮检点关系信息而变化，即使是在初至时间变化很大的黄土塬区域也能够将初至约束在一个较窄的时窗内，从而减少了噪音对拾取效果的影响，提高自动拾取质量；
（2）初至拾取质量自动控制，依据拾取位置地震道信息和相邻道初至的位置判断当前拾取初至的可信度，通过用户定义参数将可信度低的初至设为无效初至；
（3）传统的初至统计删除是在炮集上，或是时间-偏移距域中删除，此方法参与的初至空间跨度较大初至时间分布较大，错的初至不一定能删掉。

本模块统计和删除皆是在CMP 域，空间跨度小，初至时间较为集中，错的初至很容易被识别；
（4）基准面静校正量和剩余静校正量的应用，其效果通常与选择的偏移距有关，也因此会产生边界效应，对边界和中心位置使用不同偏移距，从而减少边界效应，初至起伏较大地区，可以更好的使初至时间范围收窄，更利于自动或者人工交互删除无效的初至；
（5）提供初至数据在共中心点，共炮点，共接收点，共偏移距域中的曲线图，初至时距分布图，不仅是可视化质量控制，而且提供人工交互编辑功能。

2.3综合模型法
综合模型法静校正模块的主要功能是提供足够多的工具来满足用户对近地表结构特性和综合建模技术的分析研究。

综合模型法静校正的实现方法步骤如图5所示，处理人员将野外微测井、小折射解释成果表，所有的炮点和接收点数据以及观测系统数据，地震记录中分析获得的近地表近似速度等数据，沙丘曲线时深表等导入系统，指定模型建立的层数，选择插值方式，建立层状近地表模型。

模块对每个控制点的坐标和高程信息网格化，建立网格坐标系，选择适用有效的插值方法和可行的约束方式，得到工区范围的近地表地层模型结构。

按指定的水平基准面、浮动基准面或中间参考层计算出每个接收点和炮点的对应的静校正量。

因为每个测点的坐标位置和高程都已知，而每个测点的低降速层中的每层厚度和每层的速度都已经在模型中插值求出，指定基准面和替换速度，每个测点的静校正量也就可以求出。

处理人员根据计算结果和中间数据的平面图或者曲线图，监控静校正质量，可以人工交互编辑剔除观测点的异常数据，或者修改近地表模型类型，重新进行静校正量计算，再检查直到得到满意合理的静校正量。

其主要特色：
图5 LD-SAGA系统综合模型法静校正模块数据流程设计（1）提供野外微测井，小折射，小反射等近地表观测数据的导入，导出和编辑异常点功能。

甚至可以使用处理人员参考地震记录人工指定的一些数据控制点，插值到整个工区；
（2）人工智能和半智能对插值进行干预，建立单层，双层或者多层近地表模型，智能搜索构建高速层顶界面；
（3）静校正量的计算支持中间参考面技术和浮动基准面技术的选择；
（4）提供近地表结构数据中的输入数据，中间数据和结果数据实时曲线图或者平面图，从而对每次结果可以的实时质量监控，发现异常。

2.4层析静校正
层析静校正的实现方式如图6，首先建立初始速度模型，由于是基于回折波的初至层析原理，因此，一般根据表层调查资料或观测系统信息建立基于连续速度介质模型，层析对初始模型的依赖不大。

在初始模型基础上，利用局部化连续速度介质假设，直接利用速度场，采用伪弯曲法两点射线追踪技术，通过速度扰动，不断迭代计算出两点射线追踪，再根据实际初至时间，计算射线旅行时差，对初始模型进行修正，不断迭代，直至满足精度要求，得
到最终的层析速度模型。

最后对速度模型进行解释，拾取高速层顶界面，计算出静校正量。

其主要特色：
图6 LD-SAGA系统层析静校正模块数据流程设计
　（1）伪弯曲法两点射线追踪，基于连续速度介质的初至模型与局部化速度连续假设，再利用扰动技术，迭代法追踪出两点射线路径；
　（2）提供了两种层析反演算法，对SIRT算法进行扩展，保证了算法的稳定性，提高了计算精度；
　（3）利用缓存技术与IO优化，支持大数据量计算；
　（4）基于缓存技术与动态任务调度，支持并行计算，充分利用计算资源；
　（5）在求取基准面静校正量时，提供与折射剩余静校正的组合。

　2.5折射波静校正
折射初至静校正的实现方法步骤如上图7所示，选择初至文件，指定初至数据参与计算的空间范围，指定计算静校正量的参数。

导入初至，根据EGRM原理通过拟合，建立层状速度模型，射线追踪反演近地表等效模型，求取基准面静校正量。

对完成基准面静校正的初至，统计迭代，模糊分析，计算炮点和接收点的剩余静校正量。

其主要特色：
图7 LD-SAGA系统折射静校正模块数据流程设计
（1）提供偏移距的按不同方位角和大小定义分组，以及人工智能模糊分析。

折射静校正自动组合折射剩余静校正，也提供初至的高程的基准面静校正和剩余静校正的组合；
（2）射线追踪反演近地表层状模型简化为等效模型，即将折射界面的起伏叠加在地形上，将复杂的射线追踪简化计算，其带来的短波长静校正用折射剩余静校正剔除；
（3）折射剩余静校正采用偏移距域共中心点域中拟合，在炮域和接收点域中分解技术，针对高次覆盖特性采样中值平滑技术有效提高了静校正的质量；
（4）提供地形数据和静校正量数据实时曲线图或者平面图，从而对每次迭代结果可以的实时质量监控，发现异常。

2.6反射波综合寻优静校正
如图8，综合寻优反射波静校正模块，要求输入CMP叠前道集地震记录，数据是已经完成基准面静校正，切除，AGC，动校正等预处理，可以直接进行叠加形成叠加剖面。

在叠后剖面上选择强反射同相轴时窗，得到反射波时窗范围，根据选择时窗并读取时窗内CMP道集数据，建立网格观测系统，对数据进行管理，并归一化处理。

由于数据量非常大，需要优化内存管理，设定静校正量的取值范围，建立模型道，计算叠加能量，使用模拟退火遗传混合算法，综合寻优计算静校正量，当能量收敛，得到一组解，人工交互是否满足要求，满足终止并输出静校正量，否则以此静校正量作为初始值，重新建立模型道，继续迭代。

其主要特色功能：
图8 LD-SAGA系统综合寻优反射波静校正模块数据流程设计
（1）支持多个超大叠前道集组合输入，支持叠前记录总道数大于32位的整数，支持使用外部模型数据，对没有的外部模型道自动切换为内部模型道；
（2）自适应迭代温度控制，计算速度快，收敛稳定，对大型工区提供分组滚动综合寻优，解决信噪比分布不均匀问题；
（3）支持单机OPENMP多CPU并行计算，多节点采样MPI和OPENMP融合并行计算。

使用多节点多CPU优化组合技术，可以在数小时内完成记录超出32位整数的超大工区计算； （4）内存优化智能管理，模块自动根据自由内存和物理内存判定是否需要在硬盘上建立临时文件作为缓存。

2.7静校正质量监控
图9 LD-SAGA系统静校正质量控制模块数据流程设计 如图9，系统提供静校正量处理，编辑和使用的一些功能模块。

静校正量数据的基本处
理功能有拼接、合并、高低频分解、其它的简单代数处理等。

静校正量的数据应用有叠加，地震记录数据和初至数据的时移等。

静校正量数据和近地表模型数据的可视化有一维曲线可视化，二维平面可视化，三维立体可视化。

静校正量数据不仅可以在视图上人工交互编辑，而且提供表格文本编辑等基本编辑功能。

（1）系统提供直接使用静校正量对CMP道集时移形成初叠剖面数据，完成使用静校正量前后的叠后剖面的对比；
（2）同一工区分块计算的静校正量提供智能无缝拼接，对重叠部分也可人工干预优化处理，提供多种方式智能合并；
（3）静校正量及其高程，低速带平均速度，折射层速度，厚度等相关数据，提供曲线，平面，三维可视化对比
（4）静校正量直接作用在地震道集剖面和初至曲线视图上，不需要形成中间临时数据。

3 应用实例
依据上面对LD-SAGA solution系统主要静校正功能模块的介绍，这里我们选择复杂的山地和黄土塬的地震资料进行静校正处理，选择系统中适合的模块组合不同方案，取得了较好的处理效果。

图10 山地使用ToModel静校正后工区中间部分的115线初叠剖面
图11对图10同工区用LD-SAGA中的综合模型法+反射波静校正后的115线图10为甲方使用ToModel软件计算提供的静校正量作用后的初叠剖面。

该探区为山区，地形起伏变化大，地表风化层中含有高速花岗岩层，地表既有高速基岩露头，也有高速的基岩层露头，而且厚度分布很不均匀，速度变化剧烈，对微测井数据建立近地表50米的单层模型，同样使用浮动基准面求取高程相对静校正量，再使用浮动基准面求取水平基准面静校正量。

该模型将复杂地表简单化，但是产生了短波静校正问题，再对切除初至并完成动校正后的CMP道集，选择1.5秒到3.5秒的时窗，利用综合寻优反射波法求取剩余静校正来消除短波静校正量的影响。

采用图10完全相同的步骤直接将两次的静校正量作用于CMP道集，得到初叠剖面如图11。

二者对比，改进很明显。

尤其在甲方兴趣的CDP1400附近，与实际地质情况吻合很好。

图12 某黄土塬地区使用CGG常规静校正后的初叠剖面
图13某黄土塬地区使用层析静校正后的初叠剖面
图12是某黄土塬区甲方野外现场使用CGG软件的STDIR模块，按常规流程做的折射+反射静校正方法得到的初叠剖面，可以看出在1.1秒与1.4附近隐隐约约出现周期跳跃反射层位，不仅短波静校正量突出而且长波长静校正也突出。

同样在野外，使用LD-SAGA软件系统的层析静校正模块，导入甲方提供的初至，采用了网格化模型，初至偏移距范围200-3800米，反演模型高速层顶使用替换速度3500米/秒，计算炮点和检波点的基准面校正量，其静校正量值在（-195,30）毫秒之间,该静校正量作用后初叠剖面图13与图12对比，在1400ms 和1500ms处同相轴比较明显的层开始出现，在CDP260处的浅层也开始出现。

中长短波静校正量都得到一定改善。

图14某黄土塬地区在图13基础上使用折射波剩余静校正后的初叠剖面。